CN113596980A - Mf-tdma返向链路接收机模拟agc的数字控制方法 - Google Patents

Mf-tdma返向链路接收机模拟agc的数字控制方法 Download PDF

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Abstract

一种MF‑TDMA返向链路接收机模拟AGC的数字控制方法，包括：初始化步骤和动态增益调整步骤：初始化步骤包括：根据网络规划估算模拟AGC的最小增益Gmin和最大增益Gmax，以获得模拟AGC增益的动态调整范围；动态增益调整步骤包括：根据每一次资源分配后的网络配置情况，并以所述模拟AGC最小增益Gmin为参考基准，估算模拟AGC的增益调整增量，并根据估算的增益调整增量在所述动态调整范围内对模拟AGC的增益进行调整。本方法根据每一次资源分配后的网络配置情况对模拟AGC进行预测控制，不仅解决了模拟AGC无限放大噪声的问题，而且解决了频繁调整模拟AGC导致的接收信号幅度抖动问题，具有良好的稳定性。

Description

MF-TDMA返向链路接收机模拟AGC的数字控制方法
技术领域
本发明属于数字通信技术领域，涉及MF-TDMA接收机的增益控制技术，尤其涉及一种MF-TDMA返向链路接收机模拟AGC的数字控制方法。
背景技术
MF-TDMA卫星通信系统的返向链路通常包含多个载波，在各载波中，用户以突发的方式传输信息。如果返向链路接收机采用宽带低通直接采样的方式对多个载波的混合信号进行模数变换，那么这些载波的信号将会共享接收机的模拟AGC和ADC，进而共享ADC的量化位宽资源。
模拟AGC位于ADC之前，其主要功能是在保证接收的(带噪)期望信号不出现幅度溢出失真的前提下，尽量放大其幅度，以充分利用ADC的量化位宽资源。在上述背景下，MF-TDMA返向链路接收机模拟AGC的工作场景具有以下特点：1)多路信号共享一个模拟AGC通道，进而共享模拟AGC的增益；2)返向链路信号具有较强的动态变化性。这种动态变化性一方面表现为载波的动态变化，即TDMA突发通信机制导致的载波开启与关闭；另一方面表现为载波内用户数量的增减以及用户波形的变化。这些因素都可能导致接收信号功率的显著波动，为模拟AGC的控制带来实际的困难。
模拟AGC的常规控制方法是基于目标幅度(或参考幅度)的闭环反馈控制法：首先确定一个接收信号的目标幅度；然后对接收信号的真实幅度进行估计；最后，根据接收信号真实幅度与目标幅度的关系，对模拟AGC的增益进行调整：如果接收信号的真实幅度小于目标幅度，则增大模拟AGC的增益；如果接收信号的真实幅度大于目标幅度，则减小模拟AGC的增益。
然而，将上述方法应用于MF-TDMA返向链路接收机模拟AGC的控制却难以取得理想的效果，其主要原因在于MF-TDMA返向链路突发信号的动态变化性。例如，当一段时间内没有期望突发信号时，接收机接收到的信号中就只有噪声信号。由于噪声信号的幅度很小，通常远小于AGC的目标幅度，因此，基于目标幅度的闭环反馈控制法会持续增大模拟AGC的增益，直至噪声幅度被放大到目标幅度；之后，如果有期望突发信号达到接收机，则必然会出现幅度溢出失真。
发明内容
为了解决上述相关现有技术问题，本发明提供一种MF-TDMA返向链路接收机模拟AGC的数字控制方法，根据每一次资源分配后的网络配置情况对模拟AGC进行预测控制，不仅解决了模拟AGC无限放大噪声的问题，而且解决了频繁调整模拟AGC导致的接收信号幅度抖动问题，具有良好的稳定性。
为了实现本发明的目的，本发明拟通过以下技术方案实现：
一种MF-TDMA返向链路接收机模拟AGC的数字控制方法，包括初始化步骤和动态增益调整步骤。
其中，初始化步骤包括最小增益估算方法和最大增益估算方法：
1、最小增益估算方法的具体步骤如下：
1)根据网络规划，确定符号信噪比预算值最大的波形的符号信噪比预算值。此值为符号信噪比的线性值，用(Es/N0)max表示。
2)根据网络规划，确定接收(带噪)期望信号功率最大的场景：ADC的期望采样带宽范围被一个载波全部占用，且此载波采用了网络规划中符号信噪比预算值最大的波形。在此场景下，模拟AGC的增益最小，因此，噪声幅度也是最小的。
3)估算上述场景下信号与噪声的幅度比，得
Figure BDA0003261091510000031
其中，
Figure BDA0003261091510000032
是上述场景下的信号幅度。
4)估算上述场景下的最小噪声幅度
Figure BDA0003261091510000033
求解方程组
Figure BDA0003261091510000034
Figure BDA0003261091510000035
得
Figure BDA0003261091510000036
其中，Aobj是模拟AGC对接收信号进行幅度调整的目标幅度。
5)在系统空载(即只接收噪声)的条件下，调整模拟AGC的增益，使得噪声峰值(几乎)达到
Figure BDA0003261091510000037
的水平。此时的增益就是模拟AGC的最小增益Gmin(单位是dB)。
2、最大增益估算方法的具体步骤如下：
1)根据网络规划，确定ADC的期望采样带宽BADC及其范围内带宽最小的载波的带宽Bmin。
2)根据网络规划，确定符号信噪比预算值最小的波形的符号信噪比预算值。此值为符号信噪比的线性值，用(Es/N0)min表示。
3)根据网络规划，确定接收(带噪)期望信号功率最小的场景：在ADC的期望采样带宽范围内，只有带宽最小的载波在通信，且此载波采用了网络规划中符号信噪比预算值最小的波形。在此场景下，模拟AGC的增益最大，因此，噪声幅度也是最大的。
4)估算上述场景下信号与噪声的幅度比，得
Figure BDA0003261091510000041
其中，
Figure BDA0003261091510000042
是上述场景下的信号幅度。
5)估算上述场景下的最大噪声幅度
Figure BDA0003261091510000043
求解方程组
Figure BDA0003261091510000044
Figure BDA0003261091510000045
得
Figure BDA0003261091510000046
6)在系统空载(即只接收噪声)的条件下，调整模拟AGC的增益，使得噪声峰值(几乎)达到
Figure BDA0003261091510000047
的水平。此时的增益就是模拟AGC的最大增益Gmax(单位是dB)。
其中，动态增益调整方法包含以下两个步骤：1、根据每一次资源分配后的网络配置情况，估算模拟AGC的增益调整增量；2、根据估算的增益调整增量对模拟AGC的增益进行调整。
进一步，增益调整增量估算方法的具体步骤如下：
1)根据每一次资源分配后的网络配置情况，估算信号与噪声的幅度比，得
Figure BDA0003261091510000048
其中，As和An分别表示新配置下信号和噪声的幅度，Bi是ADC期望采样带宽范围内第i个载波的带宽，
Figure BDA0003261091510000049
是新配置下第i个载波采用的符号信噪比预算值最大的波形的符号信噪比预算值。对于没有启用的载波，
Figure BDA00032610915100000410
2)以模拟AGC的最小增益为参考基准，估算使接收(带噪)信号的幅度达到目标幅度时，模拟AGC需要调整的增益增量(单位是dB)。求解方程组
Figure BDA0003261091510000051
得
Figure BDA0003261091510000052
3)以模拟AGC的最小增益为参考基准，估算使接收(带噪)信号的幅度达到目标幅度时，模拟AGC需要调整到的目标增益Gobj(单位是dB)，得
Figure BDA0003261091510000053
4)根据模拟AGC的目标增益Gobj和当前增益Gcurrent估算增益调整增量ΔG(单位是dB)，得
ΔG＝Gobj-Gcurrent。
本发明有益效果在于：
根据每一次资源分配后的网络配置情况对模拟AGC进行预测控制，不仅解决了模拟AGC无限放大噪声的问题，而且解决了频繁调整模拟AGC导致的接收信号幅度抖动问题，具有良好的稳定性。
附图说明
图1是本发明所述方法的一种具体实施方式的算法流程图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和具体实施方法更为清楚，结合附图实例对本申请进行进一步详细说明。
本申请实施例提供一种MF-TDMA返向链路接收机模拟AGC的数字控制方法，该方法的设计思路如下：以资源分配周期为周期对模拟AGC进行动态调整，即根据每一次资源分配后的网络配置情况对模拟AGC的增益进行估计和调整，是一种基于目标幅度的开环前馈控制方法。该方法所依赖的网络配置参数有：ADC的期望采样带宽、载波的带宽、波形的分配方案以及波形的符号信噪比预算值，其中，波形的符号信噪比预算值等于波形的解调门限符号信噪比加上符号信噪比余量。
该方法由初始化方法和动态增益调整方法两部分组成。初始化方法用于根据网络规划估算模拟AGC增益的动态调整范围，即估算模拟AGC的最小增益和最大增益。动态增益调整方法用于根据资源分配后的网络配置估算模拟AGC的增益调整增量，并按此增量对模拟AGC的增益进行调整。理论上，模拟AGC增益的调整结果应当处于上述动态调整范围之内。
最小增益的估算方法是：首先，根据网络规划确定接收(带噪)期望信号功率最大的场景：ADC的期望采样带宽范围被一个载波全部占用，且此载波采用了网络规划中符号信噪比预算值最大的波形。在此场景下，模拟AGC的增益最小，因此，噪声幅度也是最小的。然后，估算出此场景下的最小噪声幅度
Figure BDA0003261091510000061
最后，在系统空载(即只接收噪声)的条件下，调整模拟AGC的增益，使得噪声峰值(几乎)达到
Figure BDA0003261091510000062
的水平。此时的增益就是模拟AGC的最小增益。
最大增益的估算方法是：首先，根据网络规划确定接收(带噪)期望信号功率最小的场景：在ADC的期望采样带宽范围内，只有带宽最小的载波在通信，且此载波采用了网络规划中符号信噪比预算值最小的波形。在此场景下，模拟AGC的增益最大，因此，噪声幅度也是最大的。然后，估算出此场景下的最大噪声幅度
Figure BDA0003261091510000063
最后，在系统空载(即只接收噪声)的条件下，调整模拟AGC的增益，使得噪声峰值(几乎)达到
Figure BDA0003261091510000064
的水平。此时的增益就是模拟AGC的最大增益。
动态增益调整方法包含以下两个步骤：
1)根据每一次资源分配后的网络配置情况，估算模拟AGC的增益调整增量。
2)根据估算的增益调整增量对模拟AGC的增益进行调整。
其中，增益调整增量的估算方法是：首先，根据资源分配后的网络配置情况估算出ADC期望采样带宽范围内的信号与噪声的幅度比。然后，以模拟AGC的最小增益为参考基准，估算出使接收(带噪)信号的幅度达到目标幅度时模拟AGC需要调整到的目标增益值。最后，根据模拟AGC的目标增益值和当前增益值估算出增益调整增量。
下面以图1所示的流程为例，详细说明本申请实施过程：
一、首先，为使用本发明所述方法准备一个前提条件：将位于ADC之前的抗混叠低通滤波器的通带带宽设置为ADC的期望采样带宽。
二、然后，对模拟的AGC的数字控制算法进行初始化。初始化主要完成以下三项工作：估算模拟AGC的最小增益、最大增益以及设置模拟AGC增益的初值。
1、估算模拟AGC的最小增益：
1)根据网络规划，确定符号信噪比预算值最大的波形的符号信噪比预算值。此值为符号信噪比的线性值，用(Es/N0)max表示。
2)根据网络规划，确定接收(带噪)期望信号功率最大的场景：ADC的期望采样带宽范围被一个载波全部占用，且此载波采用了网络规划中符号信噪比预算值最大的波形。在此场景下，模拟AGC的增益最小，因此，噪声幅度也是最小的。
3)估算上述场景下信号与噪声的幅度比，得
Figure BDA0003261091510000071
其中，
Figure BDA0003261091510000081
是上述场景下的信号幅度。
4)估算上述场景下的最小噪声幅度
Figure BDA0003261091510000082
求解方程组
Figure BDA0003261091510000083
Figure BDA0003261091510000084
得
Figure BDA0003261091510000085
其中，Aobj是模拟AGC对接收信号进行幅度调整的目标幅度。
5)在系统空载(即只接收噪声)的条件下，调整模拟AGC的增益，使得噪声峰值(几乎)达到
Figure BDA0003261091510000086
的水平。此时的增益就是模拟AGC的最小增益Gmin(单位是dB)。
2、估算模拟AGC的最大增益：
1)根据网络规划，确定ADC的期望采样带宽BADC及其范围内带宽最小的载波的带宽Bmin。
2)根据网络规划，确定符号信噪比预算值最小的波形的符号信噪比预算值。此值为符号信噪比的线性值，用(Es/N0)min表示。
3)根据网络规划，确定接收(带噪)期望信号功率最小的场景：在ADC的期望采样带宽范围内，只有带宽最小的载波在通信，且此载波采用了网络规划中符号信噪比预算值最小的波形。在此场景下，模拟AGC的增益最大，因此，噪声幅度也是最大的。
4)估算上述场景下信号与噪声的幅度比，得
Figure BDA0003261091510000087
其中，
Figure BDA0003261091510000088
是上述场景下的信号幅度。
5)估算上述场景下的最大噪声幅度
Figure BDA0003261091510000089
求解方程组
Figure BDA0003261091510000091
Figure BDA0003261091510000092
得
Figure BDA0003261091510000093
6)在系统空载(即只接收噪声)的条件下，调整模拟AGC的增益，使得噪声峰值(几乎)达到
Figure BDA0003261091510000094
的水平。此时的增益就是模拟AGC的最大增益Gmax(单位是dB)。
3、设置模拟AGC增益的初值：将模拟AGC的初始增益设置为Gmax。
三、最后，以资源分配周期为周期，对模拟AGC的增益进行估计和调整。
动态增益调整方法包含两个步骤：1、根据每一次资源分配后的网络配置情况，估算模拟AGC的增益调整增量；2、根据估算的增益调整增量对模拟AGC的增益进行调整。
其中，增益调整增量估算方法的具体步骤如下：
1)根据每一次资源分配后的网络配置情况，估算信号与噪声的幅度比，得
Figure BDA0003261091510000095
其中，As和An分别表示新配置下信号和噪声的幅度，Bi是ADC期望采样带宽范围内第i个载波的带宽，
Figure BDA0003261091510000096
是新配置下第i个载波采用的符号信噪比预算值最大的波形的符号信噪比预算值。对于没有启用的载波，
Figure BDA0003261091510000097
2)以模拟AGC的最小增益为参考基准，估算使接收(带噪)信号的幅度达到目标幅度时，模拟AGC需要调整的增益增量(单位是dB)。求解方程组
Figure BDA0003261091510000098
得
Figure BDA0003261091510000101
3)以模拟AGC的最小增益为参考基准，估算使接收(带噪)信号的幅度达到目标幅度时，模拟AGC需要调整到的目标增益Gobj(单位是dB)，得
Figure BDA0003261091510000102
4)根据模拟AGC的目标增益Gobj和当前增益Gcurrent估算增益调整增量ΔG(单位是dB)，得
ΔG＝Gobj-Gcurrent。
5)按增益调整增量ΔG在所述动态调整范围内对模拟AGC的增益进行调整。

Claims (7)

1.一种MF-TDMA返向链路接收机模拟AGC的数字控制方法，其特征在于，包括初始化步骤和动态增益调整步骤：
初始化步骤包括：根据网络规划估算模拟AGC的最小增益Gmin和最大增益Gmax，获得模拟AGC增益的动态调整范围；
动态增益调整步骤包括：根据每一次资源分配后的网络配置情况，并以所述模拟AGC最小增益Gmin为参考基准，估算模拟AGC的增益调整增量，并根据估算的增益调整增量在所述动态调整范围内对模拟AGC的增益进行调整。
2.根据权利要求1所述的MF-TDMA返向链路接收机模拟AGC的数字控制方法，其特征在于，动态增益调整步骤包括：
根据每一次资源分配后的网络配置情况，估算信号与噪声的幅度比，得：
Figure FDA0003261091500000011
其中，As和An分别表示新配置下信号和噪声的幅度，Bi是ADC期望采样带宽范围内第i个载波的带宽，
Figure FDA0003261091500000012
是新配置下第i个载波采用的符号信噪比预算值最大的波形的符号信噪比预算值，BADC是ADC的期望采样带宽；
以模拟AGC的最小增益Gmin为参考基准，估算使接收信号的幅度达到目标幅度时，模拟AGC需要调整的增益增量，求解方程组
Figure FDA0003261091500000013
其中，Aobj是模拟AGC对接收信号进行幅度调整的目标幅度，
Figure FDA0003261091500000014
是在最小增益假设下按照幅度比k计算出的信号幅度，
Figure FDA0003261091500000021
是在最小增益假设下按照幅度比k计算出的信号噪声幅度总和，得到模拟AGC需要调整的增益增量：
Figure FDA0003261091500000022
以模拟AGC的最小增益Gmin为参考基准，估算使接收信号的幅度达到目标幅度时，模拟AGC需要调整到的目标增益Gobj，得
Figure FDA0003261091500000023
根据模拟AGC的目标增益Gobj和当前增益Gcurrent估算增益调整增量ΔG，得
ΔG＝Gobj-Gcurrent；
按增益调整增量ΔG在所述动态调整范围内对模拟AGC的增益进行调整。
3.根据权利要求2所述的MF-TDMA返向链路接收机模拟AGC的数字控制方法，其特征在于，对于没有启用的载波，
Figure FDA0003261091500000024
4.根据权利要求1所述的MF-TDMA返向链路接收机模拟AGC的数字控制方法，其特征在于，模拟AGC的最小增益Gmin的估算方法包括步骤：
根据网络规划，确定符号信噪比预算值最大的波形的符号信噪比预算值，此值为符号信噪比的线性值，用(Es/N0)max表示；
根据网络规划，确定接收期望信号功率最大的场景：ADC的期望采样带宽范围被一个载波全部占用，且此载波采用了网络规划中符号信噪比预算值最大的波形，在此场景下，模拟AGC的增益最小，噪声幅度也最小；
估算所述接收期望信号功率最大的场景下的信号与噪声的幅度比，得
Figure FDA0003261091500000025
其中，
Figure FDA0003261091500000031
是所述接收期望信号功率最大的场景下的信号幅度；
估算所述接收期望信号功率最大的场景下的最小噪声幅度
Figure FDA0003261091500000032
求解方程组
Figure FDA0003261091500000033
Figure FDA0003261091500000034
得
Figure FDA0003261091500000035
其中，Aobj是模拟AGC对接收信号进行幅度调整的目标幅度；
在系统空载只接收噪声的条件下，调整模拟AGC的增益，使得噪声峰值达到
Figure FDA0003261091500000036
的水平，以此时的增益作为模拟AGC的最小增益Gmin。
5.根据权利要求1所述的MF-TDMA返向链路接收机模拟AGC的数字控制方法，其特征在于，模拟AGC的最大增益Gmax的估算方法包括步骤：
根据网络规划，确定ADC的期望采样带宽BADC及其范围内带宽最小的载波的带宽Bmin；
根据网络规划，确定符号信噪比预算值最小的波形的符号信噪比预算值，此值为符号信噪比的线性值，用(Es/N0)min表示；
根据网络规划，确定接收期望信号功率最小的场景：在ADC的期望采样带宽范围内，只有带宽最小的载波在通信，且此载波采用了网络规划中符号信噪比预算值最小的波形，在此场景下，模拟AGC的增益最大、噪声幅度也最大；
估算所述接收期望信号功率最小的场景下的信号与噪声的幅度比，得
Figure FDA0003261091500000037
其中，
Figure FDA0003261091500000041
是所述接收期望信号功率最小的场景下的信号幅度；
估算所述接收期望信号功率最小的场景下的最大噪声幅度
Figure FDA0003261091500000042
求解方程组
Figure FDA0003261091500000043
得
Figure FDA0003261091500000044
在系统空载只接收噪声的条件下，调整模拟AGC的增益，使得噪声峰值达到
Figure FDA0003261091500000045
的水平，以此时的增益作为模拟AGC的最大增益Gmax。
6.根据权利要求1所述的MF-TDMA返向链路接收机模拟AGC的数字控制方法，其特征在于，初始化步骤还包括：将模拟AGC的初始增益设置为模拟AGC的最大增益Gmax。
7.根据权利要求1所述的MF-TDMA返向链路接收机模拟AGC的数字控制方法，其特征在于，还包括前置步骤：在初始化步骤之前，将位于ADC之前的抗混叠低通滤波器的通带带宽设置为ADC的期望采样带宽。
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